JP2023052859A - Mixed ionophore ion-selective electrode for improving detection of urea in blood - Google Patents

Mixed ionophore ion-selective electrode for improving detection of urea in blood Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To disclose improved multiple-use sensor arrays for measuring the content of various species in samples of biological origin, in particular in a field of point-of-care (POC) testing for blood gases.
SOLUTION: The multiple-use sensor array is arranged in a measuring chamber, and the sensor array comprises two or more different ion-selective electrodes including a first ion-selective electrode (e.g. an ammonium-selective electrode being part of an urea sensor). The first ion-selective electrode includes a membrane containing a polymer, (a) a first ionophore (e.g. an ammonium-selective ionophore), and (b) at least one further ionophore (e.g. selected from a calcium-selective ionophore, a potassium-selective ionophore, and a sodium-selective ionophore), and the first ionophore is not present in any ion-selective electrode in the sensor array other than in the first ion-selective electrode.
SELECTED DRAWING: Figure 1
COPYRIGHT: (C)2023,JPO&INPIT

Description

本発明は、生体由来のサンプル中の様々な種の含有量を測定するための改善された複数回使用のセンサアレイ（multiple－use sensor）に関する。より具体的には、血液ガスに関する臨床現場即時（point－of－care、ＰＯＣ）検査の分野では、また、いわゆる代謝パネルの評価では、全血中の尿素濃度の信頼できる、迅速かつ正確な測定が必要である。特にＰＯＣ検査に関しては、ＰＯＣ環境は、患者の状態の迅速な評価を必要とする非常に容態が悪い患者を含んでいることから、可能な限り最高の速さで測定を行う必要がある。したがって、具体的には、単回使用又は複数回使用にかかわらず、現在一般に使用されているようなセンサカートリッジ形式で配備することができる尿素センサが必要である。本発明は、測定時間が短く、次の測定を実施し得る前の回復時間が短い高速で複数回使用のセンサアレイに関する。 The present invention relates to an improved multiple-use sensor array for measuring the content of various species in biological samples. More specifically, in the field of point-of-care (POC) testing for blood gases, and also in the assessment of so-called metabolic panels, reliable, rapid and accurate determination of urea concentrations in whole blood. is necessary. Especially with regard to POC testing, the POC environment involves very sick patients who require rapid assessment of their condition, so measurements need to be made as fast as possible. Specifically, therefore, there is a need for a urea sensor that can be deployed in sensor cartridge formats such as those commonly used today, whether single use or multiple use. The present invention relates to a high speed, multi-use sensor array with short measurement times and short recovery times before the next measurement can be performed.

共通の測定チャンバ（measuring chamber）中に配置された複数回使用のセンサアレイの動作では、センサは、次に詳細に説明するように、リンス溶液に全体的にセンサを曝して、次のサンプルのためにセンサを準備する。リンス溶液へのセンサのこの曝露は、センサが後にサンプル又は較正溶液に曝されるときに、差分シグナル（signal）値を得るための参照点としてセンサの状態値のいわゆる１点較正の確立を構成する。この原理は、電位値測定センサ（いわゆる電位差測定センサ）並びに電流測定センサ（アンペロメトリックセンサ）の両方に適用する。参照点という用語は、上記の様式で使用される電位差測定センサが、電気測定回路を完成させるための参照電極を必要としないことを示すものと理解するべきではない。上記の意味における参照点は、実際には、電位差測定センサの傾き及び標準電位を較正するために必要な較正点のうちの１つに他ならない。これはまた、センサを較正するために使用されるすべての溶液中に電位差測定センサの一次イオンを存在させることが一般に望ましい理由も説明する。一次イオンとは、ここでは、センサが最も選択する傾向がある（selective）イオンと理解されるべきである。電位差測定センサは、それらの一次イオン以外のイオンに曝されるときにシグナルを表示することも一般に認められている。これは、電位差測定センサメカニズムが、分子認識と、いわゆるイオノフォア分子に対する、一次イオンの結合と、それよりはるかに少ない程度での二次イオンの結合とも基づいているからである。この枠組みにおいて、用語「一次イオン」は、イオノフォアに最も特異的に結合するイオンを意味している。一次イオンの活性ａＩと、適切な参照電極に対して記録された電位との関係は、以下の式：
Ｅ＝Ｅ０＋（ＲＴ／ｎＦ）・ｌｎ［ａＩ］
で記述することができる。 In operation of a multi-use sensor array placed in a common measuring chamber, the sensors are subjected to overall exposure to a rinsing solution for the next sample, as described in detail below. prepare the sensor for This exposure of the sensor to the rinse solution constitutes establishing a so-called one-point calibration of the state values of the sensor as a reference point for obtaining differential signal values when the sensor is later exposed to sample or calibration solutions. do. This principle applies both to potentiometric sensors (so-called potentiometric sensors) as well as to amperometric sensors (amperometric sensors). The term reference point should not be understood to indicate that a potentiometric sensor used in the manner described above does not require a reference electrode to complete the electrical measurement circuit. A reference point in the above sense is in fact nothing but one of the calibration points required to calibrate the tilt and standard potential of the potentiometric sensor. This also explains why it is generally desirable to have the primary ion of a potentiometric sensor present in all solutions used to calibrate the sensor. Primary ions are here to be understood as those ions to which the sensor tends to be most selective. It is also generally accepted that potentiometric sensors display a signal when exposed to ions other than their primary ion. This is because the potentiometric sensor mechanism is based on molecular recognition and also the binding of primary ions and to a much lesser extent of secondary ions to so-called ionophore molecules. In this framework, the term "primary ion" means the ion that binds most specifically to the ionophore. The relationship between primary ion activity aI and the potential recorded against a suitable reference electrode is given by the following equation:
E=E 0 +(RT/nF)·ln[a I ]
can be described as

この式は、イオン選択性電極に関するＮｅｒｎｓｔ式とも時として呼ばれる。一次イオンが溶液中に存在しないとき、対数関数内の項は非常に小さいことが理解することができる。もちろん、この場合の電位は負の無限大にはならず、それは物理的には無意味であろうが、それにもかかわらず、一次イオンが存在しないことから生じる問題点を正確に示している。実際の実験では、一次イオンが存在しないとき、ノイズ及び／又はドリフトによっても引き起こされうる（plagued）明確に定義されない電位が認められる。これは、イオン選択電極に関するＮｅｒｎｓｔ式の一般化を導き、それにより二次イオンの影響も考慮することができる。既知であり、しばしば適用される式は、二次干渉イオンを説明するために対数関数内に項が加えられている、いわゆるＮｉｃｈｏｌｓｋｉｉ－Ｅｉｓｅｎｍａｎｎ式：
Ｅ＝Ｅ０＋Ｓ ｌｏｇ［ａＩ＋ΣＫＩ，Ｊ（ａＪ）（ｚＩ／ｚＪ）］
（式中、ａＩはやはり一次イオンの活性であり、ａＪも任意の二次イオンの活性である）、である。 This equation is also sometimes called the Nernst equation for ion-selective electrodes. It can be seen that the terms in the logarithmic function are very small when no primary ions are present in solution. Of course, the potential in this case does not go to negative infinity, which would be physically meaningless, but nevertheless accurately illustrates the problem arising from the absence of primary ions. In practical experiments, in the absence of primary ions, ill-defined potentials, which may also be plagued by noise and/or drift, are observed. This leads to a generalization of the Nernst equation for ion-selective electrodes, whereby the influence of secondary ions can also be considered. A well-known and often applied equation is the so-called Nicholskii-Eisenmann equation, with a term added in the logarithmic function to account for secondary interfering ions:
E = E 0 + S log [a I + ΣK I, J (a J ) (zI/zJ) ]
(where a I is also the primary ion activity and a J is also the activity of any secondary ion).

上記の理由により好ましいとされるような、複数回使用のセンサアレイのリンス溶液中にアンモニウムイオンも存在することを必要とする特殊な場合に関しては、尿素－アンモニウム転化バイオセンサ（urea－to－ammonium converting biosensor）の変換素子としてアンモニウム選択性電位差測定センサ（アンモニウム選択性電極）を配備している間は、アンモニウムイオンの存在は、以下で詳述するように、多くの化学的理由により望ましくないことを見出した。理解できるように、センサの正確な較正を得るために、一次イオンを存在させることが非常に好ましいことから、これはジレンマをもたらす。 For the special case requiring that ammonium ions also be present in the multi-use sensor array rinse solution, which is preferred for the reasons above, urea-to-ammonium conversion biosensors (urea-to-ammonium While deploying an ammonium-selective potentiometric sensor (ammonium-selective electrode) as the conversion element of a converting biosensor, the presence of ammonium ions is undesirable for a number of chemical reasons, detailed below. I found As can be appreciated, this presents a dilemma, as it is highly desirable to have primary ions present in order to obtain an accurate calibration of the sensor.

上記のように、アンモニウムイオンの存在は、いくつかの他のセンサに影響を与え、またいくつかの他のセンサにも有害であることを見出した。例えば、二酸化炭素のためのセンサの場合には、重炭酸イオンを含有する緩衝液が下に配設されているガス透過膜を使用するのが一般的である。最も一般的には、１０ｍＭ～１００ｍＭの濃度の重炭酸ナトリウム溶液が使用される。二酸化炭素センサをも浸漬するリンス溶液中にアンモニウムイオンが存在する場合、アンモニウムイオンを含有する溶液と平衡状態にあって微量に存在するガスであるアンモニアは、内側の重炭酸ナトリウム水溶液中に拡散し、そこでアンモニウムイオンへと転化される。これにより二酸化炭素センサの機能が低下することになる。 As noted above, the presence of ammonium ions has been found to affect and be detrimental to some other sensors as well. For example, in the case of sensors for carbon dioxide, it is common to use a gas permeable membrane under which a buffer solution containing bicarbonate ions is disposed. Most commonly, sodium bicarbonate solutions with concentrations of 10 mM to 100 mM are used. If ammonium ions are present in the rinse solution that also immerses the carbon dioxide sensor, ammonia, a trace gas present in equilibrium with the solution containing ammonium ions, diffuses into the aqueous sodium bicarbonate solution inside. , where it is converted to an ammonium ion. This will degrade the function of the carbon dioxide sensor.

更に、他のイオンのためのセンサ、すなわちイオン選択性電極（ＩＳＥ）は、特定の構造原理に応じていくつかの点で影響を受ける場合がある。今日、ほとんどすべてのＰＯＣの複数回使用のセンサアレイに基づく血液ガス分析器は固体状態のＩＳＥを配備している。これらは、典型的には、イオン選択性膜の下に配設された混合した電子／イオン導体を有する。例えば、ポリオクチルチオフェン（poly－octyl thiophene、ＰＥＤＯＴ）又はポリアニリン（polyaniline、ＰＡＮＩ）等の電子導電性ポリマーを使用することができる。他の例としては、例えば、イオン選択性材料、ナトリウムバナジウムブロンズの固体状態内部参照系（solid state inner reference system）、及び接点材料を備える電極デバイスを開示している米国特許第６，８０５，７８１号に記載されているような遷移元素の酸化物が挙げられる。また、他の例としては、銀電極の上部に形成された塩化銀層の使用が挙げられる。上記のように、もしアンモニアがイオン選択性膜を通って拡散し、混合した導体層に到達すると、予想外の電位シフト又はドリフトが観察されることがある。これは、強塩基であるアンモニアが、導体と膜との界面において釣り合っている平衡に干渉する場合があるという事実に起因している。また、これが起こり得る正確なメカニズムはＩＳＥの構造原理によって決まる。 Furthermore, sensors for other ions, namely ion selective electrodes (ISEs), may be affected in several ways depending on the particular structural principle. Today, almost all POC multi-use sensor array-based blood gas analyzers deploy solid-state ISEs. These typically have a mixed electronic/ion conductor disposed beneath an ion-selective membrane. For example, electronically conductive polymers such as poly-octyl thiophene (PEDOT) or polyaniline (PANI) can be used. Other examples include, for example, US Pat. No. 6,805,781, which discloses an electrode device comprising an ion selective material, a solid state inner reference system of sodium vanadium bronze, and a contact material. and oxides of transition elements as described in the No. Another example is the use of a silver chloride layer formed on top of a silver electrode. As noted above, if ammonia diffuses through the ion-selective membrane and reaches the mixed conductor layer, an unexpected potential shift or drift may be observed. This is due to the fact that ammonia, being a strong base, can interfere with the equilibrium that exists at the conductor-membrane interface. The exact mechanism by which this can occur also depends on the ISE's structural principles.

最後に、アンペロメトリックセンサもまた、アンモニウムイオンの存在に不利な影響を受ける（suffer from）場合がある。これは、ポリマー膜、例えばアンペロメトリックセンサのためにも使用されるポリマー膜を通って拡散するアンモニアの能力によってもまた引き起こされる。よく知られているように、多くのこのようなセンサは、酸素を電子受容体として使用する酵素によって酸素から発生される過酸化水素の測定に基づいている。しばしば、過酸化水素の測定は、過酸化水素が酸化されて酸素分子へと戻る貴金属アノードを用いることよって行われる。このプロセスは、プロトンの生成を伴う。これにより、反応速度がｐＨ依存性である貴金属電極上でのアノード反応によるフィードバック制御機構が作り出される。明らかに、確かにそうであるように、もしアンモニアが貴金属電極の表面に拡散すると、これにより過酸化水素検出のために起こる反応に影響を与える可能性がある。 Finally, amperometric sensors may also suffer from the presence of ammonium ions. This is also caused by the ability of ammonia to diffuse through polymer membranes, such as those also used for amperometric sensors. As is well known, many such sensors are based on the measurement of hydrogen peroxide generated from oxygen by enzymes using oxygen as an electron acceptor. Hydrogen peroxide measurements are often made by using a noble metal anode in which the hydrogen peroxide is oxidized back to molecular oxygen. This process involves the production of protons. This creates a feedback control mechanism through the anodic reaction on the noble metal electrode whose reaction rate is pH dependent. Clearly, if ammonia diffuses to the surface of the noble metal electrode, which is certainly the case, this can affect the reaction that occurs for hydrogen peroxide detection.

リンス溶液及び較正溶液中のアンモニアの存在に関して、ガスであるアンモニアはポリマー材料中を通って当然流出する可能性があり、それにより明らかに溶液の濃度とｐＨが変化しうる独自の問題が引き起こされる。これは、較正の精度に有害であり、結果に偏りをもたらす。 Regarding the presence of ammonia in rinse and calibration solutions, ammonia, being a gas, can naturally escape through the polymeric material, which obviously causes unique problems that can change the concentration and pH of the solution. . This is detrimental to calibration accuracy and introduces bias in results.

たとえリンス溶液中にアンモニウムイオン有していないものを選択すべき場合であっても、例えば尿素センサのバイオセンサ層における尿素の加水分解によって発生したアンモニウムイオンは、非常に低い濃度でもアンモニウム選択性電極の電位を決定してしまう、という更なる問題がある。これは、アンモニウムがアンモニウムＩＳＥそれ自体の一次イオンであるためである。したがって、残りの極微量のアンモニウムが依然として電位発生の原因となることから、リンスレベル（level）に対応するベースライン電位を確立することは非常に困難になる。これは、以下で更に詳細に説明され、リンス溶液及び較正溶液の動作サイクル（operational cycle）を説明する。 Even if one should choose one that does not have ammonium ions in the rinse solution, ammonium ions, e.g. generated by hydrolysis of urea in the biosensor layer of the urea sensor, can be used in the ammonium-selective electrode even at very low concentrations. A further problem is that it determines the potential of This is because ammonium is the primary ion of the ammonium ISE itself. Therefore, it becomes very difficult to establish a baseline potential corresponding to the rinse level, since the remaining traces of ammonium still contribute to potential generation. This is described in more detail below and describes the operational cycle of the rinse and calibration solutions.

アンモニウム選択性電極の枠組みにおいて上で説明したが、これらを単独で使用する場合、尿素センサで使用する場合にかかわらず、複数回使用のセンサアレイに存在するイオン選択性電極の他のタイプについても同じであり、リンス時に明確な電位を確立するために、リンス溶液中における一次イオンそれぞれの存在が必要であるが、このようなイオンは他の電極に対して再び有害作用を引き起こす可能性がある。徹底的に調査したわけではないが、これは、リチウムイオン及びマグネシウムイオンのようないくつかのアニオンの組み合わせ及びカチオンの組み合わせの場合と同じ可能性がある。 Although discussed above in the framework of ammonium selective electrodes, also other types of ion selective electrodes present in multi-use sensor arrays, whether they are used alone or in urea sensors. The same, the presence of each primary ion in the rinse solution is necessary to establish a well-defined potential during rinsing, but such ions can again cause deleterious effects on other electrodes. . Although not exhaustively investigated, this is the same possibility for some anion combinations and cation combinations such as lithium and magnesium ions.

著者らの知る限りでは、血液ガス分析装置のための既存の尿素センサはこの問題を解決しようとはしていない。分析装置のサイクル時間が十分に長ければ、リンス中にアンモニウムイオンを有さないことの悪影響はあまり重大ではないように思われる。十分な時間及び体積のリンスを適用すれば、残留しているアンモニウムイオンの濃度は非常に低いレベルに低下することになる。しかしながら、非常に速いサイクル時間が必要であることから、この問題は悪化してきた。 To the authors' knowledge, existing urea sensors for blood gas analyzers do not attempt to solve this problem. If the cycle time of the analyzer is long enough, the adverse effects of not having ammonium ions in the rinse appear to be too significant. Applying a sufficient time and volume of rinse will reduce the concentration of residual ammonium ions to a very low level. However, the problem has been exacerbated by the need for very fast cycle times.

国際公開第２００４／０４８９６０（Ａ１）号は、カリウム、アンモニウム、及びナトリウムのような複数のイオンの測定のための疑似参照電極（pseudo reference electrode）として使用されるマルチイオノフォア膜電極を開示している。 WO 2004/048960 A1 discloses a multi-ionophore membrane electrode used as a pseudo reference electrode for the measurement of multiple ions such as potassium, ammonium and sodium. .

Ｌｅｅ ｅｔ ａｌ．（１９９４）（Ｋ．Ｓ．Ｌｅｅ，Ｊ．Ｈ．Ｓｈｉｎ，Ｍ．Ｊ．Ｃｈａ，Ｇ．Ｓ．Ｃｈａ，Ｍ．Ｔｒｏｊａｎｏｗｉｃｚ，Ｄ．Ｌｉｕ，Ｈ．Ｄ．Ｇｏｌｄｂｅｒｇ，Ｒ．Ｗ．Ｈｏｗｅｒ，Ｒ．Ｂ．Ｂｒｏｗｎ，”Ｍｕｌｔｉｉｏｎｏｐｈｏｒｅ－Ｂａｓｅｄ Ｓｏｌｉｄ－Ｓｔａｔｅ Ｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｒｉｃ Ｉｏｎ Ｓｅｎｓｏｒ ａｓ ａ Ｃａｔｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｆｏｒ Ｉｏｎ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ，” Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，Ｂ２０，１９９４，ｐｐ．２３９－２４６）は、例えば、カリウム、アンモニウム、及びナトリウム選択性のイオノフォアとしてバリノマイシン、ノナクチン、及びＥＴＨ ２１２０を含むマルチイオン選択性膜電極を開示している。 Lee et al. (1994) (KS Lee, JH Shin, MJ Cha, GS Cha, M. Trojanowicz, D. Liu, HD Goldberg, R. W. Hower, R.J. B. Brown, "Multiionophore-Based Solid-State Potentiometric Ion Sensor as a Cation Detector for Ion Chromatography," Sensors and Actuators, B20, 1994, pp. 239-246) and selective sodium, potassium, ammonium, etc. A multi-ion selective membrane electrode containing valinomycin, nonactin, and ETH 2120 as ionophores is disclosed.

Ｂａｋｋｅｒ ａｎｄ Ｐｒｅｔｓｃｈ（１９９８）（Ｂａｋｋｅｒ Ｅ，Ｐｒｅｔｓｃｈ Ｅ．Ｉｏｎ－ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｗｏ ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｖｅ ｉｏｎｏｐｈｏｒｅｓ ｆｏｒ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｎｓｔａｎｔｓ ｏｆ ｉｏｎ－ｃａｒｒｉｅｒ ｃｏｍｐｌｅｘｅｓ ｉｎ ｓｏｌｖｅｎｔ ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ ｍｅｍｂｒａｎｅｓ．Ａｎａｌ Ｃｈｅｍ １９９８；７０：２９５－３０２）は、リチウム選択性イオノフォア及びＨ＋選択性イオノフォアを含むリチウム選択性電極を開示している。 Ｂａｋｋｅｒ ａｎｄ Ｐｒｅｔｓｃｈ（１９９８）（Ｂａｋｋｅｒ Ｅ，Ｐｒｅｔｓｃｈ Ｅ．Ｉｏｎ－ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｗｏ ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｖｅ ｉｏｎｏｐｈｏｒｅｓ ｆｏｒ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｎｓｔａｎｔｓ ｏｆ ｉｏｎ－ｃａｒｒｉｅｒ ｃｏｍｐｌｅｘｅｓ ｉｎ ｓｏｌｖｅｎｔ ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ ｍｅｍｂｒａｎｅｓ．Ａｎａｌ Ｃｈｅｍ １９９８；７０：２９５－３０２）は、リチウムDisclosed is a lithium selective electrode comprising a selective ionophore and an H + selective ionophore.

Ｑｉｎ ａｎｄ Ｂａｋｋｅｒ（２００２）（Ｙｕ Ｑｉｎ，Ｅｒｉｃ Ｂａｋｋｅｒ．Ｑｕａｎｔｉｔｉｖｅ ｂｉｎｄｉｎｇ ｃｏｎｓｔａｎｔｓ ｏｆ Ｈ＋－ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｃｈｒｏｍｏｉｏｎｏｐｈｏｒｅｓ ａｎｄ ａｎｉｏｎ ｉｏｎｏｐｈｏｒｅｓ ｉｎ ｓｏｌｖｅｎｔ ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ ｓｅｎｓｉｎｇ ｍｅｍｂｒａｎｅｓ．Ｔａｌａｎｔａ ５８（２００２）９０９－９１８）は、アニオンイオノフォアとＨ＋選択性クロモイオノフォアとの組み合わせを開示している。 Ｑｉｎ ａｎｄ Ｂａｋｋｅｒ（２００２）（Ｙｕ Ｑｉｎ，Ｅｒｉｃ Ｂａｋｋｅｒ．Ｑｕａｎｔｉｔｉｖｅ ｂｉｎｄｉｎｇ ｃｏｎｓｔａｎｔｓ ｏｆ Ｈ ＋ －ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｃｈｒｏｍｏｉｏｎｏｐｈｏｒｅｓ ａｎｄ ａｎｉｏｎ ｉｏｎｏｐｈｏｒｅｓ ｉｎ ｓｏｌｖｅｎｔ ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ ｓｅｎｓｉｎｇ ｍｅｍｂｒａｎｅｓ．Ｔａｌａｎｔａ ５８（２００２）９０９－９１８）は、アニオンイオノフォアとＨ ＋選択性クロモCombinations with ionophores are disclosed.

米国特許第４，７６２，５９４号は、補償目的のために混合したイオノフォア電極を組み込むことによって人工参照（artificial reference）（電極）を発生させる方法に関する。米国特許は、とりわけ、少なくとも第１のイオン特異的センサ及び第２のイオン特異的センサを用いる較正測定のための方法を開示しており、第１のセンサは第１及び第２の異なる化学種にのみ感受性のある電極の組み合わせであり、第２のセンサは第２の種にのみ感受性がある。 US Pat. No. 4,762,594 relates to a method of generating an artificial reference (electrode) by incorporating mixed ionophore electrodes for compensation purposes. The U.S. patent discloses, inter alia, a method for calibrating measurements using at least a first ion-specific sensor and a second ion-specific sensor, the first sensor comprising first and second different chemical species. A second sensor is sensitive only to a second species.

米国特許第５，５８０，４４１号は、測定イオンに応答して電位を発生するための第１のイオン選択性電極と、妨害イオンに応答する第２のイオン選択性電極とを備える装置を開示している。 U.S. Pat. No. 5,580,441 discloses an apparatus comprising a first ion selective electrode for generating a potential in response to measuring ions and a second ion selective electrode responsive to interfering ions. are doing.

米国特許第６，８０５，７８１号は、イオン選択性材料と、バナジウムナトリウムブロンズの固体状態内部参照系と、接点材料とを含み、ナトリウムはブロンズ中に可逆的にインターカレートされ得る、電極装置を開示している。 U.S. Pat. No. 6,805,781 is an electrode device comprising an ion-selective material, a solid-state internal reference system of vanadium-sodium bronze, and a contact material, wherein sodium can be reversibly intercalated into the bronze is disclosed.

本発明の一態様は、複数回使用のセンサアレイに関するものであり、発明の態様１を参照されたい。 One aspect of the invention relates to a multi-use sensor array, see aspect 1 of the invention.

本発明の別の態様は、センサアレイを動作させる方法に関するものであり、発明の態様５を参照されたい。 Another aspect of the invention relates to a method of operating a sensor array, see aspect 5 of the invention.

本発明の第３の態様は、アンモニウム選択性電極に関するものであり、発明の態様９を参照されたい。 A third aspect of the invention relates to an ammonium selective electrode, see aspect 9 of the invention.

本発明の第４の態様は、尿素センサに関するものであり、発明の態様１０を参照されたい。 A fourth aspect of the invention relates to a urea sensor, see aspect 10 of the invention.

本発明の第５の態様は、リンス溶液の使用に関するものであり、発明の態様１１を参照されたい。 A fifth aspect of the invention relates to the use of a rinse solution, see aspect 11 of the invention.

実施例１の詳細な説明を参照し、平面尿素センサの構造を示す図である。Fig. 2 shows the structure of a planar urea sensor, referring to the detailed description of Example 1; イオン選択性膜に添加されたバリオンマイシンを有する、及び有していないアンモニウム選択性電極の応答を示す図であり、実施例２を参照されたい。FIG. 4 shows the response of ammonium selective electrodes with and without baryonmycin added to the ion selective membrane, see Example 2. FIG. イオン選択性膜に添加されたバリオンマイシンを有する、及び有していないアンモニウム選択性電極の応答を示す図であり、実施例２を参照されたい。FIG. 4 shows the response of ammonium selective electrodes with and without baryonmycin added to the ion selective membrane, see Example 2. FIG. 複数回使用のセンサアレイの動作に関するものであり、多用途センサアレイ（multiuse sensor array）における尿素センサの電極応答を示す図である。FIG. 10 relates to the operation of a multiple use sensor array and shows the electrode response of a urea sensor in a multiuse sensor array.

本発明は、生体由来のサンプル中の様々な種を測定するためのセンサアレイに取り付けられた複数回使用のセンサの分野に関する。係る種は、Ｈ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｌｉ＋、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋、ＮＨ４ ＋等のイオン種、並びに尿素、グルコース、ラクテート、クレアチン、クレアチニン等の非イオン種の両方である。尿素は、一般に使用されかつ好ましいタイプの尿素センサにおいて、尿素はウレアーゼによってＮＨ４ ＋へと酵素的に分解され、次いでイオン選択性電極によって検出される、という意味で、その検出は間接的であることから、特別な例である。 The present invention relates to the field of multi-use sensors attached to sensor arrays for measuring various species in biological samples. Such species are both ionic species such as H + , Na + , K + , Li + , Mg 2+ , Ca 2+ , NH 4 + and non-ionic species such as urea, glucose, lactate, creatine, creatinine. Urea is indirect in the sense that in a commonly used and preferred type of urea sensor, urea is enzymatically degraded to NH4 + by urease and then detected by an ion-selective electrode. Therefore, it is a special case.

本明細書で使用される場合、用語「複数回使用のセンサアレイ」は、長期間にわたって、典型的には多くの日、週、又は月にわたって分析器に取り付けられ、分析のために数回使用されるセンサアレイを意味することを意図している。センサアレイの寿命の間、センサアレイはリンス溶液で断続的に洗浄され、較正スケジュールに従って、分析対象のイオン及び分子を異なる濃度で含有する較正溶液で洗い流す。これにより、正確な較正機能の判定が可能になる。 As used herein, the term "multi-use sensor array" refers to a sensor that is attached to an analyzer over an extended period of time, typically many days, weeks, or months, and used several times for analysis. is intended to mean a sensor array that is During the life of the sensor array, the sensor array is intermittently washed with a rinse solution, flushing with calibration solutions containing different concentrations of analyte ions and molecules according to a calibration schedule. This allows determination of an accurate calibration function.

用語「イオノフォア」は、本明細書では、単純なイオンを結合することができる分子を指し、その結合は、ある特定の顕著な特徴を有する、すなわち１）イオノフォア－イオン複合体は、空のイオノフォアと、イオンへと容易に解離でき、２）複合体は、ある特定のイオノフォアがある特定のイオンと複合体を形成するように、選択的に形成され、３）その複合体は、マトリックス中において移動性であり、その中で溶解される。しばしば、イオノフォアは、標的イオンに対していくつかの結合を形成することができる分子ケージ又は多座配位性分子である。これは、特異性及び結合強度の両方を高める。 The term "ionophore", as used herein, refers to molecules capable of binding simple ions, the binding of which has certain salient features: 1) ionophore-ion complexes are composed of empty ionophores 2) complexes are selectively formed such that certain ionophores form complexes with certain ions, and 3) the complexes form in the matrix It is mobile and dissolved in it. Often ionophores are molecular cages or multidentate molecules capable of forming several bonds to a target ion. This increases both specificity and binding strength.

イオノフォアの例としては、バリノマイシン、４－ｔｅｒｔ－ブチルカリックス［４］－アレーン－テトラ酢酸テトラエチルエステル（一般的にはナトリウムイオノフォアＸとして知られている）、ノナクチン、クラウンエーテル、カリックスアレーン、トリアルキルアミン、及びリン酸エステルが挙げられる。 Examples of ionophores include valinomycin, 4-tert-butylcalix[4]-arene-tetraacetic acid tetraethyl ester (commonly known as sodium ionophore X), nonactin, crown ethers, calixarene, trialkylamines. , and phosphate esters.

アンモニウム選択性イオノフォアの実例は、生物学的に誘導された物質であるノナクチン（一般にアンモニウムイオノフォアＩとして知られている）である。他の例としては、合成により誘導されたアンモニウムイオノフォア、例えば、国際公開第０３／０５７６４９号、又はＫｉｍ ｅｔ ａｌ．，”Ｔｈｉａｚｏｌｅ－Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ｂｅｎｚｏ－Ｃｒｏｗｎ Ｅｔｈｅｒｓ：Ａ Ｎｅｗ Ｃｌａｓｓ ｏｆ Ａｍｍｏｎｉｕｍ－Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｉｏｎｏｐｈｏｒｅｓ”（Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，２０００，７２（１９），ｐｐ４６８３－４６８８）に記載されているものが挙げられる。 An example of an ammonium-selective ionophore is the biologically derived substance nonactin (commonly known as ammonium ionophore I). Other examples include synthetically derived ammonium ionophores, eg, WO 03/057649, or Kim et al. , "Thiazole-Containing Benzo-Crown Ethers: A New Class of Ammonium-Selective Ionophores" (Anal.Chem., 2000, 72(19), pp4683-4688).

カリウム選択性イオノフォアの実例は、バリノマイシン、ビス［（ベンゾ－１５－クラウン－４）－４′－イルメチル］ピメレート（一般にカリウムイオノフォアＩＩとして知られている）、及び２－ドデシル－２－メチル－１，３－プロパンジ－イル－ビス［Ｎ－（５′－ニトロ（ベンゾ－１５－クラウン－５）（一般にＢＭＥ４４として知られている）である。 Examples of potassium-selective ionophores are valinomycin, bis[(benzo-15-crown-4)-4'-ylmethyl]pimelate (commonly known as potassium ionophore II), and 2-dodecyl-2-methyl-1 , 3-propanedi-yl-bis[N-(5'-nitro(benzo-15-crown-5) (commonly known as BME44).

ナトリウム選択性イオノフォアの実例は、４－ｔｅｒｔ－ブチルカリックス［４］アレーン－テトラ酢酸テトラエチルエステル（一般にナトリウムイオノフォアＸとして知られている）、メトキシエチルテトラエステルカリックス［４］アレーン（一般にＭＥＴＥとして知られている）、及びモネンシンの誘導体である。 Examples of sodium selective ionophores are 4-tert-butylcalix[4]arene-tetraacetic acid tetraethyl ester (commonly known as sodium ionophore X), methoxyethyl tetraester calix[4]arene (commonly known as METE ), and derivatives of monensin.

リチウム選択性イオノフォアの実例は、Ｎ、Ｎ′－ジヘプチル－Ｎ，Ｎ′，５，５－テトラメチル－３，７－ジオキサノノアンジアミド（一般にリチウムイオノフォアＩとして知られている）である。 An example of a lithium-selective ionophore is N,N'-diheptyl-N,N',5,5-tetramethyl-3,7-dioxanonoandiamide (commonly known as lithium ionophore I).

マグネシウム選択性イオノフォアの実例は、Ｎ、Ｎ″－オクタメチレンビス（Ｎ′－ヘプチル－Ｎ′－メチルマロンアミド（一般にマグネシウムイオノフォアＩＩＩ又はＥＴＨ ４０３０として知られている）である。 An example of a magnesium selective ionophore is N,N″-octamethylenebis(N′-heptyl-N′-methylmalonamide (commonly known as magnesium ionophore III or ETH 4030).

複数回使用のセンサアレイ
上記したように、本発明は、とりわけ、測定チャンバ中に配置された複数回使用のセンサアレイを提供し、当該センサアレイは、第１のイオン選択性電極を含む２つ以上の異なるイオン選択性電極を備え、当該第１のイオン選択性電極は、（ａ）第１のイオノフォア及び（ｂ）少なくとも１つの更なるイオノフォアを含む膜を含み、当該第１のイオノフォアは、第１のイオン選択性電極以外のセンサアレイにおける任意のイオン選択性電極中に存在しない。 Multi-Use Sensor Array As noted above, the present invention provides, inter alia, a multi-use sensor array disposed in a measurement chamber, the sensor array comprising two first ion-selective electrodes. wherein the first ion selective electrode comprises a membrane comprising (a) a first ionophore and (b) at least one further ionophore, the first ionophore comprising: Not present in any ion selective electrode in the sensor array other than the first ion selective electrode.

用語「センサアレイ」は、本明細書では、流体サンプルの対応する検体が実質的に同時にセンサによって測定され得るように配置されている２つ以上の異なるセンサの集合体を指すことを意図している。 The term "sensor array" is intended herein to refer to a collection of two or more different sensors arranged such that corresponding analytes of a fluid sample can be measured by the sensors at substantially the same time. there is

センサアレイ（すなわち、単一センサのアレイ）は、例えば、米国特許第８，７２８，２８８（Ｂ２）号に記載されているように、確実に各センサが実質的に同時にサンプルに曝されるために、測定チャンバセル構造中に配置される。 A sensor array (i.e., an array of single sensors) to ensure that each sensor is exposed to the sample at substantially the same time, as described, for example, in US Pat. No. 8,728,288 (B2). , are arranged in the measurement chamber cell structure.

センサアレイは、２つ以上の異なるイオン選択性電極を備えている。好ましくは、センサアレイは、少なくとも３つ、例えば少なくとも４つ、又は少なくとも５つの異なるイオン選択性電極を備える。 A sensor array comprises two or more different ion-selective electrodes. Preferably, the sensor array comprises at least 3, such as at least 4 or at least 5 different ion-selective electrodes.

第１のイオン選択性電極は、典型的には、アンモニウム選択性電極から選択される。 The first ion selective electrode is typically selected from ammonium selective electrodes.

第１のイオン選択性電極以外のセンサアレイ中のイオン選択性電極としては、典型的には、少なくともナトリウム選択性電極及びカリウム選択性電極が挙げられる。 Ion-selective electrodes in the sensor array other than the first ion-selective electrode typically include at least a sodium-selective electrode and a potassium-selective electrode.

いくつかの興味深い実施形態では、第１のイオン選択性電極以外のセンサアレイ中のイオン選択性電極としては、典型的には、少なくともナトリウム選択性電極、カリウム選択性電極、及びカルシウム選択性電極が挙げられる。 In some interesting embodiments, the ion-selective electrodes in the sensor array other than the first ion-selective electrode typically include at least a sodium-selective electrode, a potassium-selective electrode, and a calcium-selective electrode. mentioned.

いくつかの興味深い実施形態では、センサアレイはまた、他の非イオン種、例えばグルコース、ラクテート、クレアチン、及びクレアチニンから選択される１種以上の非イオン種のためのセンサも含む。 In some interesting embodiments, the sensor array also includes sensors for other non-ionic species, such as one or more non-ionic species selected from glucose, lactate, creatine, and creatinine.

更に、センサアレイは、典型的には参照電極も含む。 Additionally, the sensor array typically also includes a reference electrode.

実施形態
センサアレイの１つの興味深い実施形態では、第１のイオン選択性電極は、アンモニウム選択性電極、リチウム選択性電極、及びマグネシウム選択性電極から選択される。特に、第１のイオン選択性電極は、アンモニウム選択性電極である。 Embodiments In one interesting embodiment of the sensor array, the first ion-selective electrode is selected from an ammonium-selective electrode, a lithium-selective electrode and a magnesium-selective electrode. In particular, the first ion selective electrode is an ammonium selective electrode.

本発明の重要な変形例では、アンモニウム選択性電極は、尿素センサの一部を形成し、この実施形態によれば、尿素センサは、上に酵素層を有するアンモニウム選択性電極を備える。当該酵素層は、尿素をアンモニウムへと転化することができるウレアーゼ酵素を含み、アンモニウムは、最終的には、下にあるアンモニウム選択性電極によって検出される。 In an important variant of the invention, the ammonium selective electrode forms part of the urea sensor, and according to this embodiment the urea sensor comprises an ammonium selective electrode with an enzyme layer thereon. The enzyme layer contains a urease enzyme capable of converting urea to ammonium, which is ultimately detected by the underlying ammonium-selective electrode.

アンモニウム選択性電極の１つの重要な変形例（例えば、尿素センサの一部であるとして）は、その膜が、ポリマーと、（ａ）アンモニウム選択性イオノフォア、及び（ｂ）カ
ルシウム選択性イオノフォア、カリウム選択性イオノフォア、及びナトリウム選択性イオノフォアから選択される更なるイオン選択性イオノフォアである２種のイオノフォアと、を含むものである。 One important variation of an ammonium-selective electrode (eg, as part of a urea sensor) is that the membrane is composed of a polymer, (a) an ammonium-selective ionophore, and (b) a calcium-selective ionophore, potassium two ionophores, a selective ionophore and a further ion-selective ionophore selected from sodium-selective ionophores.

アンモニウム選択性電極の更なる特徴は、「アンモニウム選択性電極」という項目において更に以下で記載されるものである。 Further features of the ammonium selective electrode are described further below under the heading "Ammonium Selective Electrode".

尿素センサの更なる特徴は、「尿素センサ」という項目において更に以下で記載されるものである。 Further features of the urea sensor are described further below under the heading "urea sensor".

センサアレイを動作させる方法
本発明はまた、上で定義したセンサアレイを動作させる方法も提供し、その方法は、
ｉ．センサアレイを１種以上のリンス溶液及び、任意選択で１種以上の較正溶液と順に接触させるステップであって、当該リンス溶液のそれぞれは当該第１のイオノフォアが選択する傾向があるイオンを実質的に欠いている、ステップと、
ｉｉ．続いてそのセンサアレイを生体由来のサンプルと接触させるステップと、を含む。 Method of Operating a Sensor Array The present invention also provides a method of operating a sensor array as defined above, the method comprising:
i. sequentially contacting the sensor array with one or more rinse solutions and, optionally, one or more calibration solutions, each of which substantially eliminates ions that the first ionophore tends to select; missing steps and
ii. subsequently contacting the sensor array with a biological sample.

本明細書で使用されるとき、例えば、リンス溶液に関して、「実質的に欠いている」という用語は、各構成成分（複数可）の含有量が１．０×１０－６Ｍ未満であることを意味することを意図している。好ましくは、各構成成分（複数可）の含有量は、１０×１０－６Ｍ未満、例えば１．０×１０－９Ｍ未満である。 As used herein, for example, with respect to rinse solutions, the term "substantially devoid" means that each component(s) has a content of less than 1.0×10 −6 M is intended to mean Preferably, the content of each component(s) is less than 10×10 −6 M, such as less than 1.0×10 −9 M.

本明細書で使用されるとき、用語「生体由来のサンプル」は、生理学的液体から採取された液体サンプルを意味することを意図している。その実例は、血液（例えば全血、血漿、血清、血液分画等）、尿、透析液、及び胸膜のようなものである。 As used herein, the term "biological sample" is intended to mean a fluid sample taken from a physiological fluid. Examples are blood (eg, whole blood, plasma, serum, blood fractions, etc.), urine, dialysate, and pleura.

通常の使用では、アイドル状態（idle state）にあり、測定を行う準備ができているとき、センサアレイは常にリンス溶液に浸される。典型的には、最適な性能のために、リンス溶液の組成は、逸脱条件が適用されないとき、例えば、低酸素症（超低酸素濃度（too low oxygen concentration））、高ナトリウム血症（超高ナトリウム濃度（too high sodium concentration））、又は提供患者が病気である場合に適用され得るあらゆる他の非標準状態等の逸脱条件が適用されないときには、生体由来のサンプルの組成に近くなるように選択される。サンプル、例えば全血サンプルを導入されるときは、残留しているリンス溶液は、好ましくは少量の気体（例えば純粋な空気又は酸素）を導入することによってセンサアレイから迅速に洗い流し、次いでサンプルをセンサアレイの前側に移動させる。そのとき、サンプルは、測定されるべき物質のいずれかの濃度よりも高い濃度又は低い濃度を有し得る。リンスレベルが正常未満である場合には、リンスレベルから上方に移動するか又は下方に移動するかのいずれかのセンサシグナルを想定することができる。これは、リンス溶液が１点較正と呼ばれる理由についても説明しており、その理由は、サンプル測定状態において、リンスとサンプルとの差分値が、例えばＮｅｒｎｓｔ較正関数の使用によって説明されるように、その後の計算に入力する一次結果を形成するからである。この差分値を取得したら、サンプルも移動し、測定チャンバをリンス溶液で洗い流して次の測定のためにセンサアレイを回復させる。 In normal use, the sensor array is always immersed in a rinse solution when in an idle state and ready to take measurements. Typically, for optimum performance, the composition of the rinse solution is adjusted when no excursion conditions apply, e.g., hypoxia (too low oxygen concentration), hypernatremia (very high (too high sodium concentration), or any other non-standard conditions that may apply if the donor patient is ill, the composition is chosen to approximate the composition of the biological sample. be. When a sample, such as a whole blood sample, is introduced, any remaining rinse solution is preferably quickly washed from the sensor array by introducing a small amount of gas (such as pure air or oxygen) and then the sample is transferred to the sensor. Move to the front of the array. The sample may then have a higher or lower concentration than any of the substances to be measured. If the rinse level is below normal, the sensor signal can be assumed to either move upwards or downwards from the rinse level. This also explains why the rinse solution is called a one-point calibration, because in the sample measurement condition the difference value between the rinse and the sample is given by the use of, for example, the Nernst calibration function: This is because it forms the primary result that is input to subsequent computations. Once this difference value is obtained, the sample is also moved and the measurement chamber is flushed with a rinse solution to rejuvenate the sensor array for the next measurement.

センサアレイの第１のイオン選択性電極がアンモニウム選択性電極であり、このようなアンモニウム選択性電極が尿素センサの一部である場合、リンス溶液は好ましくはアンモニウムイオン並びに尿素を欠いている。 If the first ion-selective electrode of the sensor array is an ammonium-selective electrode and such ammonium-selective electrode is part of a urea sensor, the rinse solution is preferably devoid of ammonium ions as well as urea.

更に、センサアレイを典型的に動作させる方法にとっては、リンス溶液とサンプルとの切り替えが、センサシグナルに影響を及ぼすことが理解できる。イオン選択性電極に関しては、いくつかのイオンが、センサ膜の最外層中に吸収されている場合があり、リンス溶液へと逆に拡散するのにある程度の時間を要する。特に、アンモニウム選択性電極に関しては、尿素センサの酵素層において発生されたアンモニウムイオンを測定するために使用する際には、特別な状態が生じる。ウレアーゼの作用によって尿素がアンモニウムイオンとアンモニアに転化されるとき、特にアンモニアがアンモニウム選択性電極の膜に吸収されることがある。測定後にリンスを行ってサンプルを切り替えると同時に、いくらかのアンモニアが膜に残り、ゆっくりとしか放出されない可能性がある。それが放出されると直ちにアンモニウムイオンへと逆に転化され、次いで、アンモニウムがリンス溶液に添加されたかのようにシグナルに影響を及ぼす。ここで示唆されているような第１及び第２のイオノフォアの存在効果は、この長引くアンモニウム放出の有害な影響を低下させることにある。 Further, for the way sensor arrays are typically operated, it can be appreciated that switching between rinse solution and sample will affect the sensor signal. For ion-selective electrodes, some ions may be absorbed in the outermost layer of the sensor membrane and take some time to diffuse back into the rinse solution. In particular, with respect to ammonium selective electrodes, special conditions arise when used to measure ammonium ions generated in the enzymatic layer of a urea sensor. When urea is converted to ammonium ions and ammonia by the action of urease, especially ammonia can be absorbed by the membrane of the ammonium selective electrode. While rinsing after measurement and switching samples, some ammonia may remain on the membrane and be released only slowly. As soon as it is released it is converted back to ammonium ions, which then affect the signal as if ammonium had been added to the rinse solution. The effect of the presence of the first and second ionophores as suggested here is to reduce the detrimental effects of this prolonged ammonium release.

上記のステップｉ及びｉｉは、測定及びアイドル状態の回復を行うのに必要な多くのサイクルで繰り返される。 Steps i and ii above are repeated for as many cycles as necessary to perform measurements and idle recovery.

したがって、本発明の方法は、センサから外部へ拡散する時間を必要とする残留するイオン又は分子に由来する有害な影響が低減されることから、明らかに測定サイクル時間をはるかに短くすることが可能である。典型的には、本明細書に記載の複数回使用のセンサアレイを用いるときのサンプリングサイクル時間（sampling cycle time）は、５～１２０秒であり、例えば１０～９０秒であり、例えば１５～６０秒、又は更に１５～３０秒である。 Thus, the method of the present invention clearly allows much shorter measurement cycle times due to the reduced deleterious effects from residual ions or molecules that require time to diffuse out of the sensor. is. Typically, the sampling cycle time when using the multi-use sensor arrays described herein is 5-120 seconds, such as 10-90 seconds, such as 15-60 seconds. seconds, or even 15-30 seconds.

本発明方法のいくつかの好ましい実施形態では、第１のイオン選択性電極（他のイオン選択性電極は第１の電極ではない）は、特に「複数回使用のセンサアレイ」－「実施形態」の項目の下に記載されている本明細書に記載のものである。 In some preferred embodiments of the method of the invention, the first ion-selective electrode (the other ion-selective electrode is not the first electrode) is specifically referred to as a "multi-use sensor array" - "embodiment". , as described herein under the heading

測定チャンバ中に配置された複数回使用のセンサアレイであって、当該センサアレイは、第１のイオン選択性電極及び第２のイオン選択性電極を含む２つ以上の異なるイオン選択性電極を備え、当該第１のイオン選択性電極は、（ａ）第１のイオノフォア及び（ｂ）少なくとも第２のイオノフォアを備える膜を含み、当該第２のイオン選択性電極は、第２のイオノフォアを備える膜を含み、当該第１のイオノフォアは、第１のイオン選択性電極中以外には、センサアレイ中のいかなるイオン選択性電極中にも存在しない。 A multiple-use sensor array disposed in a measurement chamber, the sensor array comprising two or more different ion-selective electrodes including a first ion-selective electrode and a second ion-selective electrode. , the first ion selective electrode comprises a membrane comprising (a) a first ionophore and (b) at least a second ionophore, the second ion selective electrode comprising a membrane comprising the second ionophore wherein the first ionophore is not present in any ion selective electrode in the sensor array other than in the first ion selective electrode.

また標準的な動作では、（ａ）第１のイオノフォア及び（ｂ）第２のイオノフォア（及び可能であれば好ましくはないが、更なるイオノフォア）を含む第１のイオン選択性電極と、第２のイオノフォア（第１のイオノフォアではない）を含む第２のイオン選択性電極とが以下のように使用され、すなわち、第１のイオン選択性電極における２種のイオノフォアの存在により、第１のイオノフォアと第２のイオノフォアの両方の一次イオンに対して全体的に感受性を有するようになった。驚くべきことに、その応答は、二次イオンを考慮することができるＮｉｃｈｏｌｓｋｉ－Ｅｉｓｅｎｍａｎｎの項を含むＮｅｒｎｓｔ式に極めて厳密に従う。反対に、第２のイオン選択性電極は、第２のイオノフォアの一次イオンにのみ応答し、そのイオン選択性電極の較正機能の定期的な使用により、そのイオンの濃度を独立に測定することができる。最終的に、第１のイオン選択性電極の一次イオンの濃度は、今説明した二次イオンの濃度を差し引くことによって得ることができる。二次イオンに対する第１のイオン選択性電極の選択性を、第２のイオノフォアを添加することによって意図的に上昇させたため、それにより、差し引くことによって一次イオンの濃度を測定することができる。 Also in standard operation, a first ion-selective electrode comprising (a) a first ionophore and (b) a second ionophore (and possibly less preferably a further ionophore); (but not the first ionophore) is used as follows: the presence of the two ionophores in the first ion-selective electrode results in the first ionophore and the second ionophore became globally sensitive to the primary ions. Surprisingly, the response very closely follows the Nernst equation, including the Nicholski-Eisenmann term that allows for secondary ions. Conversely, the second ion-selective electrode responds only to the primary ion of the second ionophore, and periodic use of the ion-selective electrode's calibration function allows the concentration of that ion to be measured independently. can. Finally, the primary ion concentration of the first ion-selective electrode can be obtained by subtracting the just described secondary ion concentration. The selectivity of the first ion-selective electrode for secondary ions was intentionally increased by adding a second ionophore, so that the concentration of primary ions can be determined by subtraction.

イオン選択性電極
イオン選択性電極は、典型的には、導電性材料の電極層を支持する電気絶縁材料の基材上に設けられ、その上に、イオン選択性電極のイオン選択性膜が配置される、平面電極デバイスである。 Ion Selective Electrode The ion selective electrode is typically provided on a substrate of electrically insulating material supporting an electrode layer of electrically conductive material, on which the ion selective membrane of the ion selective electrode is disposed. is a planar electrode device.

基材は、所望の任意の形状で提案することができ、典型的には、他のイオン選択性電極（第２のイオン選択性電極を含む）及びセンサ（例えば酵素センサ）のための支持体も構成し、それによってセンサアレイのための共通基材を構成する。 Substrates can be proposed in any shape desired and are typically supports for other ion-selective electrodes (including second ion-selective electrodes) and sensors (e.g. enzymatic sensors). also constitutes, thereby constituting a common substrate for the sensor array.

その支持体は、任意の適切な電気絶縁材料で作製することができる。しかしながら、それが準備されかつ使用される条件に耐えることができなければならない。基材は、通常は、セラミック材料又はポリマー材料を含む。セラミック基材は、熱的、機械的、及び化学的に安定であるという利点を有する。セラミック基材がポリマー膜と組み合わせて使用される場合、膜が接着材料に接着し、その接着材料が基材に接着するように、接着材料を使用する必要があり得る。一例が、米国特許第５，８４４，２００号に開示されている。酸化アルミニウム及び苦土カンラン石は、基材として適切なセラミック材料である。ポリマー基材は、使用するのにより経済的であり、セラミック基材の場合よりも、ポリマー膜と基材との間により良好な接着をもたらすことができる。支持体として適切であり得るポリマー材料の中では、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリイミド（Ｋａｐｔｏｎ（登録商標））、ポリ（メチルメタクリレート）、及びポリスチレンを挙げることができる。 The support can be made of any suitable electrically insulating material. However, it must be able to withstand the conditions under which it is prepared and used. Substrates typically comprise ceramic or polymeric materials. Ceramic substrates have the advantage of being thermally, mechanically and chemically stable. When a ceramic substrate is used in combination with a polymer membrane, it may be necessary to use an adhesive material so that the membrane adheres to the adhesive material, which in turn adheres to the substrate. An example is disclosed in US Pat. No. 5,844,200. Aluminum oxide and magnesium olivine are ceramic materials suitable as substrates. Polymer substrates are more economical to use and can provide better adhesion between polymer films and substrates than ceramic substrates. Among the polymeric materials that may be suitable as supports are polyvinyl chloride, polyesters, polyimides (Kapton®), poly(methyl methacrylate), and polystyrene.

導電性材料は、典型的には、１種以上の貴金属、例えば、金、パラジウム、白金、ロジウム、若しくはイリジウム、好ましくは金若しくは白金、又はそれらの混合物から作製されるか、又は含む。他の適切な導電性材料は、黒鉛又は鉄、ニッケル又はステンレス鋼である。導電性材料は、例えば、イオン選択性電極の調製及び使用の両方に関して、導電性材料の特性に有利な効果を有するバインダー系等の別の成分と混合することができる。導電性材料は、ブロンズ材料、例えばＮａ０．３３Ｖ２Ｏ５ブロンズ、例えば米国特許第６，８０５，７８１号に開示されているタイプのブロンズを更に含むことができる。このようなブロンズ材料は、典型的には、貴金属の導電性材料を包含する。 The electrically conductive material is typically made from or includes one or more noble metals such as gold, palladium, platinum, rhodium, or iridium, preferably gold or platinum, or mixtures thereof. Other suitable conductive materials are graphite or iron, nickel or stainless steel. The conductive material can be mixed with other components, such as, for example, a binder system that has a beneficial effect on the properties of the conductive material, both for the preparation and use of the ion-selective electrode. The conductive material can further include a bronze material, such as Na 0.33 V 2 O 5 bronze, such as the type of bronze disclosed in US Pat. No. 6,805,781. Such bronze materials typically include noble metal conductive materials.

イオン選択性電極は、１種以上のイオノフォア（上で特定した）、ポリマー、任意選択で可塑剤、及び任意選択で親油性塩を含む膜を更に含む。その膜は、導電性材料を被覆している。膜に適切なポリマー材料は、例えば、ポリビニルクロリド、ポリメタクリレート、ポリアクリレート、シリコーン、ポリエステル、又はポリウレタン、又はそれらの混合物、例えば、様々な量のポリエチレングリコール及びポリプロピレングリコールと共にカルボキシル化されたポリビニルクロリン及びポリウレタンである。適切な可塑剤の中では、ジオクチル－アジペート、２－ニトロフェニルオクチルエーテル、ジオクチルセバケート、ジオクチルフタレートを挙げることができる。親油性塩の実例は、カリウムテトラキス（４－クロロフェニル）ボレート、テトラドデシルアンモニウムテトラキス（４－クロロフェニル）ボレート、及びカリウムテトラキス［３，５－ビス（トリフルオロメチル）フェニル］ボレートである。 The ion selective electrode further comprises a membrane comprising one or more ionophores (identified above), a polymer, optionally a plasticizer, and optionally a lipophilic salt. The membrane covers a conductive material. Suitable polymeric materials for the membrane include, for example, polyvinylchloride, polymethacrylate, polyacrylate, silicone, polyester, or polyurethane, or mixtures thereof, such as polyvinylchlorine carboxylated with varying amounts of polyethylene glycol and polypropylene glycol and Polyurethane. Among suitable plasticizers, mention may be made of dioctyl-adipate, 2-nitrophenyloctyl ether, dioctyl sebacate, dioctyl phthalate. Illustrative lipophilic salts are potassium tetrakis(4-chlorophenyl)borate, tetradodecylammonium tetrakis(4-chlorophenyl)borate, and potassium tetrakis[3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl]borate.

イオン選択性電極は、典型的には、厚膜プリンティング（thick－film printing）、ドロップキャスティング、スプレーコーティング、又はスピンコーティング等の小型化に適する方法によって調製される。イオン選択性電極の好ましい実施形態は、厚膜プリンティングによって少なくとも部分的に調製された平坦で小型化された電極である。このようなイオン選択性電極の有利な特性としては、それらが極めて少量のサンプル体積しか必要としないこと、また、その調製方法がイオン選択性電極並びにセンサアレイの大量生産に適していることである。所望ならば、厚膜プリンティングによって導電性材料のみを適用し、その後、イオン選択性材料膜を適用する。 Ion-selective electrodes are typically prepared by methods suitable for miniaturization such as thick-film printing, drop-casting, spray-coating, or spin-coating. A preferred embodiment of an ion-selective electrode is a flat, miniaturized electrode prepared at least in part by thick film printing. Advantageous properties of such ion-selective electrodes are that they require very small sample volumes and that their preparation methods are suitable for mass production of ion-selective electrodes as well as sensor arrays. . If desired, only the conductive material is applied by thick film printing, followed by the ion selective material film.

アンモニウム選択性電極
本発明は、膜を含むアンモニウム選択性電極を更に提供し、その膜は、ポリマーと、（ａ）アンモニウム選択性イオノフォア、及び（ｂ）カルシウム選択性イオノフォア、カリウム選択性イオノフォア、及びナトリウム選択性イオノフォアから選択される更なるイオン選択性イオノフォアである２種のイオノフォアと、を含む。 Ammonium Selective Electrode The present invention further provides an ammonium selective electrode comprising a membrane, the membrane comprising a polymer, (a) an ammonium selective ionophore, and (b) a calcium selective ionophore, a potassium selective ionophore, and and two ionophores, which are further ion-selective ionophores selected from sodium-selective ionophores.

アンモニウム選択性電極は、導電性材料の電極層を支持する電気絶縁材料の基材を含む。基材及び電極層は、その上に配設されたアンモニウム選択性イオノフォア含有ポリマー膜を有する。アンモニウム選択性電極の構造に関する原理は、実施例１に記載されているようなものであり得る。 The ammonium selective electrode includes a substrate of electrically insulating material supporting an electrode layer of electrically conductive material. The substrate and electrode layer have an ammonium-selective ionophore-containing polymer film disposed thereon. The principle for the construction of the ammonium-selective electrode can be as described in Example 1.

１つの重要な変形例では、アンモニウム選択性イオノフォアはノナクチンであり、更なるイオン選択性イオノフォアはカリウム選択性イオノフォアであり、特にバリノマイシンである。 In one important variant, the ammonium-selective ionophore is nonactin and the further ion-selective ionophore is a potassium-selective ionophore, in particular valinomycin.

本発明の重要な変形例では、アンモニウム選択性電極は、尿素センサの一部である（「尿素センサ」の項を更に参照されたい）。 In an important variant of the invention, the ammonium-selective electrode is part of a urea sensor (see further section "Urea sensor").

リチウム選択性電極
本発明は、膜を含むリチウム選択性電極を更に提供し、その膜は、ポリマーと、（ａ）リチウム選択性イオノフォア、及び（ｂ）カルシウム選択性イオノフォア、カリウム選択性イオノフォア、及びナトリウム選択性イオノフォアから選択される更なるイオン選択性イオノフォアである２種のイオノフォアと、を含む。 Lithium-Selective Electrode The present invention further provides a lithium-selective electrode comprising a membrane, the membrane comprising a polymer, (a) a lithium-selective ionophore, and (b) a calcium-selective ionophore, a potassium-selective ionophore, and and two ionophores, which are further ion-selective ionophores selected from sodium-selective ionophores.

リチウム選択性電極に関する構造及び選択（preference）は、本質的には、上記のイオン選択性電極について一般に記載されたものに従うが、例えばＮ、Ｎ′－ジヘプチル－Ｎ，Ｎ′，５，５－テトラメチル－３，７－ジオキサノノアンジアミド（一般にリチウムイオノフォアＩとして知られている）等のリチウム選択性イオノフォアを使用する。 The structure and preferences for the lithium-selective electrode essentially follow those generally described for the ion-selective electrode above, but for example N,N'-diheptyl-N,N',5,5- A lithium-selective ionophore such as tetramethyl-3,7-dioxanonoandiamide (commonly known as lithium ionophore I) is used.

マグネシウム選択性電極
本発明は、膜を含むマグネシウム選択性電極を更に提供し、その膜は、ポリマーと、（ａ）マグネシウム選択性イオノフォア、及び（ｂ）カルシウム選択性イオノフォア、カリウム選択性イオノフォア、及びナトリウム選択性イオノフォアから選択される更なるイオン選択性イオノフォアである２種のイオノフォアと、を含む。 Magnesium Selective Electrode The present invention further provides a magnesium selective electrode comprising a membrane, the membrane comprising a polymer, (a) a magnesium selective ionophore, and (b) a calcium selective ionophore, a potassium selective ionophore, and and two ionophores, which are further ion-selective ionophores selected from sodium-selective ionophores.

マグネシウム選択性電極に関する構造及び選択は、本質的には、上記のイオン選択性電極について一般に記載されたものに従うが、Ｎ、Ｎ″－オクタメチレンビス（Ｎ′－ヘプチル－Ｎ′－メチルマロンアミド（一般にマグネシウムイオノフォアＩＩＩ又はＥＴＨ
４０３０として知られている）等のマグネシウム選択性イオノフォアを使用する。 The structure and preferences for the magnesium-selective electrode essentially follow those generally described for the ion-selective electrode above, but N,N″-octamethylenebis(N′-heptyl-N′-methylmalonamide (generally magnesium ionophore III or ETH
4030) are used.

尿素センサ
本発明は、上で定義したアンモニウム選択性電極を備える尿素センサを更に提供する（「アンモニウム選択性電極」の項を参照されたい）。 Urea Sensor The present invention further provides a urea sensor comprising an ammonium selective electrode as defined above (see section "Ammonium Selective Electrode").

したがって、尿素センサは、
（ｉ）膜を含むアンモニウム選択性電極であって、その膜は、ポリマーと、（ａ）アンモニウム選択性イオノフォア、及び（ｂ）カルシウム選択性イオノフォア、カリウム選択性イオノフォア、及びナトリウム選択性イオノフォアから選択される更なるイオン選択性イオノフォアである２種のイオノフォアと、を含む、アンモニウム選択性電極と、
（ｉｉ）電極を被覆する酵素層であって、当該酵素層がポリマー及びウレアーゼを含む
、酵素層と、
（ｉｉｉ）任意選択で酵素層を被覆する外層と、を含む。 Therefore, the urea sensor is
(i) an ammonium-selective electrode comprising a membrane, the membrane being selected from a polymer and (a) an ammonium-selective ionophore and (b) a calcium-selective ionophore, a potassium-selective ionophore and a sodium-selective ionophore an ammonium-selective electrode comprising:
(ii) an enzyme layer coating the electrode, the enzyme layer comprising a polymer and urease;
(iii) an outer layer, optionally covering the enzyme layer.

酵素層は、典型的には、ウレアーゼ及びポリマー、例えば、様々な量のポリエチレングリコール及びポリプロピレングリコールと共にカルボキシ化されたポリビニルクロリン又はポリウレタンを含有する。 The enzyme layer typically contains urease and a polymer such as polyvinylchlorine or polyurethane carboxylated with varying amounts of polyethylene glycol and polypropylene glycol.

任意選択の外層は、様々な量のポリエチレングリコール及びポリプロピレングリコールと共にポリウレタンを含有する。 An optional outer layer contains polyurethane with varying amounts of polyethylene glycol and polypropylene glycol.

尿素センサの構造に関する原理は、実施例１に記載されているようなものであり得る。 The principle for the construction of the urea sensor can be as described in Example 1.

リンス溶液の使用
サンプリングに続いて適用されるリンス溶液が測定可能な量のアンモニウム（及び／又は尿素）を含むアンモニウム選択性電極を（おそらくは尿素センサの一部として）備える従来の複数回使用のセンサアレイとは異なり、本発明のアンモニウム選択性電極の電極膜中に他のイオノフォア（複数可）を含有させると、リンス溶液におけるアンモニウム並びに尿素の使用を回避することができる。 Use of Rinse Solution A conventional multi-use sensor with an ammonium-selective electrode (perhaps as part of the urea sensor) in which the rinse solution applied subsequent to sampling contains measurable amounts of ammonium (and/or urea). Unlike arrays, the inclusion of other ionophore(s) in the electrode film of the ammonium selective electrodes of the present invention can avoid the use of ammonium as well as urea in the rinse solution.

したがって、本発明は、尿素及びアンモニウムイオンを実質的に欠いている、アンモニウム選択性電極を含む２つ以上の異なるイオン選択性電極を備える複数回使用のセンサアレイのためのリンス溶液の使用を提供する。 Accordingly, the present invention provides the use of rinse solutions for multi-use sensor arrays comprising two or more different ion-selective electrodes, including ammonium-selective electrodes, substantially devoid of urea and ammonium ions. do.

実施例１－アンモニウム選択性電極を含む尿素センサの構造
図１に示す本発明によるアンモニウム選択性電極デバイスは、米国特許第６，８０５，７８１号に記載されているように、平面小型化電極デバイスを特徴とすることができるタイプである。図示した電極デバイスは、ＰＶＣのポリマー支持体１上に設けられている。その支持体を貫通している直径０．０１ｍｍの孔にスルーホールプリンティングによる接点材料として白金ペースト２が充填されている。この充填は、支持体の一方の側にある金ペーストの下側接触面３と、支持体のもう一方の側にある金ペーストの上側接触面４との間に電気的接触を媒介する。白金ペーストの上側接触面４は、ナトリウムバナジウムブロンズペーストの参照系５と接触している。白金ペーストはブロンズペーストによって完全に被覆されている。参照系の上には、第１のイオノフォア及び少なくとも第２のイオノフォアを含むイオン選択性ＰＶＣ膜６が、参照系５を完全に被覆するように適用されている。ＰＶＣ膜の上には、ウレアーゼの酵素層７がある。電極デバイスの直径は約１．５ｍｍである。電極デバイスの使用中、下側接触面３は、通常の測定機器と、例えば外部導電体を介して、接続されている。 Example 1 - Construction of Urea Sensor Including Ammonium Selective Electrode The ammonium selective electrode device according to the invention shown in Figure 1 is a planar miniaturized electrode device as described in US Patent No. 6,805,781. is a type that can be characterized by The illustrated electrode device is provided on a polymer support 1 of PVC. A hole with a diameter of 0.01 mm passing through the support is filled with a platinum paste 2 as a contact material by through-hole printing. This filling mediates electrical contact between a lower contact surface 3 of gold paste on one side of the support and an upper contact surface 4 of gold paste on the other side of the support. An upper contact surface 4 of platinum paste is in contact with a reference system 5 of sodium vanadium bronze paste. The platinum paste is completely covered by the bronze paste. On top of the reference system an ion-selective PVC membrane 6 containing a first ionophore and at least a second ionophore is applied so as to completely cover the reference system 5 . On top of the PVC membrane is an enzymatic layer 7 of urease. The diameter of the electrode device is approximately 1.5 mm. During use of the electrode device, the lower contact surface 3 is connected, for example via external conductors, to a conventional measuring instrument.

実施例２－試験のためのアンモニウム選択性電極
酵素層及び外層が存在していないことを除いて、実施例１の記載に従ってアンモニウム選択性電極を調製した。 Example 2 - Ammonium Selective Electrode for Testing An ammonium selective electrode was prepared as described in Example 1, except that the enzyme layer and outer layer were not present.

アンモニウム選択性膜６は、ＰＶＣのシクロヘキサノン中の溶液、ジオクチルセバケート等の可塑剤、カリウムテトラ（ｐ－クロロ－フェニルボレート）等の親油性塩、及びアンモニウム選択性イオノフォアノナクチンから調製した。この溶液には、バリノマイシンは添加しなかった（Ａ）。この溶液におけるバリノマイシンに関しては、この物質は、存在するノナクチンのモルパーセントとして、（Ｂ）２．６ｍｏｌ％のバリノマイシン、（Ｃ）５．２ｍｏｌ％のバリノマイシン、（Ｄ）１３ｍｏｌ％のバリノマイシン、及び（Ｅ）２６ｍｏｌ％のバリノマイシンの量で、シクロヘキサノン溶液に添加した。 Ammonium-selective membrane 6 was prepared from a solution of PVC in cyclohexanone, a plasticizer such as dioctyl sebacate, a lipophilic salt such as potassium tetra(p-chloro-phenylborate), and an ammonium-selective ionophore nonactin. No valinomycin was added to this solution (A). With respect to valinomycin in this solution, this material is (B) 2.6 mol % valinomycin, (C) 5.2 mol % valinomycin, (D) 13 mol % valinomycin, and (E ) in an amount of 26 mol % valinomycin was added to the cyclohexanone solution.

リンス及び較正時における、膜に含まれたバリノマイシンを有していない（Ａ）アンモニウム選択性電極の応答を図２に示す。アンモニウムイオンの存在／非存在の影響は、リンス時に測定された電位に関して異なるレベルが記録される点に認められる。アンモニウムイオンがリンス溶液中に存在するとき（それぞれ１ｍＭ及び３ｍＭのＮＨ４ ＋）、センサはすべて同じレベルに達する。 The response of (A) ammonium-selective electrode without membrane-loaded valinomycin during rinsing and calibration is shown in FIG. The effect of the presence/absence of ammonium ions is observed in that different levels are recorded for the potentials measured during rinsing. When ammonium ions are present in the rinse solution (1 mM and 3 mM NH 4 + respectively), the sensors all reach the same level.

リンス及び較正時における、膜に含まれたバリノマイシンを有する（Ｂ）～（Ｅ）アンモニウム選択性電極の応答を図３に示す。左から右へと、膜中のバリノマイシンの濃度は増加する。同じ条件下で応答を調べるためにいくつかの電極を同時に保持することができる改良された分析器で電極を調べたが、電極それら自体は異なっていた。電極はすべて次のようにして較正した。最初に、アンモニウムイオンが存在していない較正溶液に電極を曝した。これによりベースライン電位を確立した。次に、リンス溶液をセンサの前側で洗い流して、アンモニウムイオン含有溶液の読取値を得た。リンス溶液は４ｍＭのＫ＋及び３ｍＭのＮＨ４ ＋を含有し、較正溶液も４ｍＭのＫ＋を含有していたがＮＨ４ ＋は含有していなかった。膜中のバリノマイシンのレベルによると、バリノマイシン濃度に応じて電極は異なる反応を示した。明確にするために、電位はすべて、リンス溶液の電位の共通値を示すようにシフトさせた。実際に、リンス電位と、較正溶液を含有するアンモニウムイオンについて得られた値との両方が、研究対象の電極間で異なっていた。 The responses of (B)-(E) ammonium selective electrodes with valinomycin incorporated in the membrane during rinsing and calibration are shown in FIG. From left to right, the concentration of valinomycin in the membrane increases. The electrodes were themselves different, although the electrodes were examined in a modified analyzer capable of holding several electrodes simultaneously to examine their responses under the same conditions. All electrodes were calibrated as follows. The electrodes were first exposed to a calibration solution in which no ammonium ions were present. This established a baseline potential. A rinse solution was then washed off the front side of the sensor to obtain a reading of the ammonium ion containing solution. The rinse solution contained 4 mM K + and 3 mM NH 4 + and the calibration solution also contained 4 mM K + but no NH 4 + . According to the level of valinomycin in the membrane, the electrodes responded differently depending on the valinomycin concentration. For clarity, all potentials were shifted to show the common value of the rinse solution potential. In fact, both the rinse potentials and the values obtained for ammonium ion containing calibration solutions differed between the electrodes studied.

実施例３－複数回使用のセンサアレイの動作
図４は、複数回使用のセンサアレイの動作に関するものであり、多用途センサアレイにおける尿素センサの電極応答を示す図である。複数回使用のセンサアレイの尿素センサは、実施例１に記載されているように製造され、バリノマイシン含有量は３０ｍｏｌ％であった。センサは、ウレアーゼ含有バイオセンサ膜で更に被覆して尿素に対して感受性をもたせた。センサアレイは、センシング能力（sensing capability）を提供する１つのセンサアレイと、較正及び測定を実行するための必要な溶液をすべて含有している１つの溶液パックと、を保持した改良血液ガス分析器に取り付けた。更に、その分析器は、溶液の流れを制御する一組のソフトウェアプログラムを備えている。尿素センサは、尿素含有溶液で較正されるが、リンス溶液には、この物質とアンモニウムイオンも欠けている。リンス溶液に曝されると、電極は、複数回使用のセンサアレイに統合された適切な参照電極に対して測定された電位を確立する。リンス電位のいくつかの読取値をコンピュータメモリに記憶させる。較正溶液（これら由来のシグナルは示されていない）及びサンプルを順に導入して、それぞれの電位値を得る。尿素濃度の３つの異なるレベル（１０ｍＭ、２０ｍＭ、及び４２ｍＭの尿素）に関するシグナルを図４に示す。各サンプルに関して、尿素の濃度は、登録及び保存されたリンス電位値及びサンプルから得られた電位値を考慮して計算する。差分シグナルは引き算によって得られ、一連のアルゴリズムを用いて尿素濃度を得る。 Example 3 Operation of a Multi-Use Sensor Array FIG. 4 relates to the operation of a multi-use sensor array and shows the electrode response of a urea sensor in a multi-use sensor array. A multi-use sensor array urea sensor was fabricated as described in Example 1 and had a valinomycin content of 30 mol %. The sensor was further coated with a urease-containing biosensor membrane to make it sensitive to urea. An improved blood gas analyzer containing one sensor array to provide sensing capability and one solution pack containing all the necessary solutions to perform calibration and measurements. attached to. In addition, the analyzer is equipped with a set of software programs that control the flow of solutions. The urea sensor is calibrated with a urea-containing solution, but the rinse solution also lacks this substance and ammonium ions. When exposed to the rinse solution, the electrodes establish a measured potential relative to a suitable reference electrode integrated into the multi-use sensor array. Several readings of rinse potential are stored in computer memory. Calibration solutions (signals from these not shown) and samples are introduced in sequence to obtain respective potential values. Signals for three different levels of urea concentration (10 mM, 20 mM and 42 mM urea) are shown in FIG. For each sample, the concentration of urea is calculated taking into account the registered and stored rinse potential values and the potential values obtained from the sample. The differential signal is obtained by subtraction and a series of algorithms are used to obtain the urea concentration.

概論
本明細書及び特許請求の範囲は、イオノフォア、センサ、電極等について時に言及するが、本明細書で定義される生成物及び方法は、１つ、２つ、又はそれを超えるタイプの個々の構成成分又は要素を含み得ることを理解すべきである。２つ以上の異なる構成成分が存在する実施形態では、各構成成分の総量は、個々の構成成分に関して本明細書で定義された量に対応しているべきである。 General Remarks While this specification and claims sometimes refer to ionophores, sensors, electrodes, etc., the products and methods defined herein may be of one, two, or more types of individual It should be understood that it can include components or elements. In embodiments where two or more different components are present, the total amount of each component should correspond to the amounts defined herein for the individual components.

化合物（複数可）、イオノフォア（複数可）、電極（複数可）等の表現における「（複数可）」は、１つ、２つ、又はそれを超えるタイプの個々の構成成分又は要素が存在し得ることを示している。一方、「１」という表現が使用されるときは、それぞれの構成成分又は要素のうちの一（１）つだけが存在する。 "(s)" in expressions such as compound(s), ionophore(s), electrode(s), etc. means that one, two or more types of individual components or elements are present. It shows that you get On the other hand, when the expression "1" is used, only one (1) of each component or element is present.

本明細書を通して、「含む、備える（comprise）」又はそのバリエーション「含む、備える（comprising）」若しくは「含む、備える（comprises）」等は、記載された要素、
整数、若しくはステップ、又は要素、整数、若しくはステップの群を包含することを意味しているが、任意の他の要素、整数、若しくはステップ、又は要素、整数、若しくはステップの群の排除を意味していないことが理解されよう。
[発明の態様]
[１]
測定チャンバ中に配置された複数回使用のセンサアレイであって、前記センサアレイは、第１のイオン選択性電極及び第２のイオン選択性電極を含む２つ以上の異なるイオン選択性電極を備え、前記第１のイオン選択性電極は、（ａ）第１のイオノフォア及び（ｂ）少なくとも第２のイオノフォアを備える膜を含み、前記第２のイオン選択性電極は、前記第２のイオノフォアを備える膜を含み、前記第１のイオノフォアは、前記第１のイオン選択性電極中以外には、前記センサアレイ中のいかなるイオン選択性電極中にも存在しない、複数回使用のセンサアレイ。
[２]
前記第１のイオン選択性電極が、アンモニウム選択性電極、リチウム選択性電極、及びマグネシウム選択性電極から選択される、１に記載のセンサアレイ。
[３]
前記第１のイオン選択性電極が、アンモニウム選択性電極、例えば尿素センサの一部であるアンモニウム選択性電極である、２に記載のセンサアレイ。
[４]
前記アンモニウム選択性電極の膜が、ポリマーと、（ａ）アンモニウム選択性イオノフォア、及び（ｂ）カルシウム選択性イオノフォア、カリウム選択性イオノフォア、及びナトリウム選択性イオノフォアから選択される更なるイオン選択性イオノフォアである２種のイオノフォアと、を含む、３に記載のセンサアレイ。
[５]
１～４のいずれか一項に記載のセンサアレイを動作させる方法であって、
ｉ．前記センサアレイを１種以上のリンス溶液及び任意選択で１種以上の較正溶液と順次接触させるステップであって、前記リンス溶液のそれぞれは前記第１のイオノフォアが選択する傾向がある前記イオンを実質的に欠いている、ステップと、
ｉｉ．続いて前記センサアレイを生体由来のサンプルと接触させるステップと、を含む、方法。
[６]
ステップｉ及びｉｉが、いくつかのサイクルで繰り返される５に記載の方法。
[７]
前記サンプリングサイクル時間が、１５～６０秒である、６に記載の方法。
[８]
前記第１のイオン選択性電極が、２～４のいずれか一項に記載のものである、５～７のいずれかに記載の方法。
[９]
膜を含むアンモニウム選択性電極であって、前記膜が、ポリマーと、アンモニウム選択性イオノフォア及びカリウム選択性イオノフォアである２種のイオノフォアと、を含む、アンモニウム選択性電極。
[１０]
９に記載のアンモニウム選択性電極と、前記電極を被覆する酵素層とを備える尿素センサであって、前記酵素層は、ポリマー及びウレアーゼと、任意選択で前記酵素層を被覆する外層と、を含む、尿素センサ。
[１１]
アンモニウム選択性電極を含む２つ以上の異なるイオン選択性電極を備える複数回使用
のセンサアレイのためのリンス溶液の使用であって、前記リンス溶液が尿素及びアンモニウムイオンを実質的に欠いている、リンス溶液の使用。 Throughout this specification, "comprise" or variations thereof, "comprising" or "comprises," etc., refer to the elements described,
meant to include an integer or step, or group of elements, integers or steps, but to exclude any other element, integer or step or group of elements, integers or steps It should be understood that no
[Aspect of the Invention]
[1]
A multi-use sensor array disposed in a measurement chamber, said sensor array comprising two or more different ion-selective electrodes including a first ion-selective electrode and a second ion-selective electrode. , said first ion selective electrode comprises a membrane comprising (a) a first ionophore and (b) at least a second ionophore, said second ion selective electrode comprising said second ionophore A multi-use sensor array comprising a membrane, wherein said first ionophore is not present in any ion selective electrode in said sensor array other than in said first ion selective electrode.
[2]
2. The sensor array of claim 1, wherein said first ion-selective electrode is selected from an ammonium-selective electrode, a lithium-selective electrode, and a magnesium-selective electrode.
[3]
3. Sensor array according to 2, wherein the first ion selective electrode is an ammonium selective electrode, for example an ammonium selective electrode which is part of a urea sensor.
[4]
wherein the membrane of said ammonium-selective electrode is a polymer and a further ion-selective ionophore selected from (a) an ammonium-selective ionophore and (b) a calcium-selective ionophore, a potassium-selective ionophore and a sodium-selective ionophore. 4. The sensor array of 3, comprising two ionophores.
[5]
A method of operating a sensor array according to any one of 1 to 4, comprising:
i. sequentially contacting the sensor array with one or more rinse solutions and optionally one or more calibration solutions, each of the rinse solutions substantially removing the ions that the first ionophore tends to select; the missing steps and
ii. and subsequently contacting the sensor array with a biological sample.
[6]
6. The method according to 5, wherein steps i and ii are repeated in several cycles.
[7]
7. The method of 6, wherein the sampling cycle time is 15-60 seconds.
[8]
8. The method of any one of 5-7, wherein the first ion-selective electrode is as described in any one of 2-4.
[9]
An ammonium selective electrode comprising a membrane, said membrane comprising a polymer and two ionophores, an ammonium selective ionophore and a potassium selective ionophore.
[10]
10. A urea sensor comprising an ammonium selective electrode according to claim 9 and an enzyme layer coating said electrode, said enzyme layer comprising a polymer and urease and optionally an outer layer coating said enzyme layer. , urea sensor.
[11]
1. Use of a rinse solution for a multi-use sensor array comprising two or more different ion-selective electrodes, including an ammonium selective electrode, said rinse solution being substantially devoid of urea and ammonium ions. Use of rinse solution.

[１２]
複数回使用のセンサアレイを動作させる方法であって、前記センサアレイは、第１のイオン選択性電極及び第２のイオン選択性電極を含む２つ以上の異なるイオン選択性電極を備え、前記第１のイオン選択性電極は、（ａ）第１のイオノフォア及び（ｂ）少なくとも第２のイオノフォアを備える膜を含み、前記第２のイオン選択性電極は、前記第２のイオノフォアを備える膜を含み、前記第１のイオノフォアは、前記第１のイオン選択性電極中以外には、前記センサアレイ中のいかなるイオン選択性電極中にも存在せず、
前記方法は、
ｉ．前記センサアレイを、１点較正の参照点を確立するための１種以上のリンス溶液、及び任意に１種以上の較正溶液と順に接触させるステップ、前記リンス溶液のそれぞれは、前記第１のイオノフォアが選択性であるイオンを実質的に欠いており、かつ前記第２のイオノフォアが選択性であるイオンを少なくとも含む、
ｉｉ．続いて前記センサアレイを生体由来のサンプルと接触させるステップを含む、方法。
[１３]
前記第１のイオン選択性電極が、アンモニウム選択性電極、リチウム選択性電極、及びマグネシウム選択性電極から選択される、１２に記載の方法。
[１４]
前記第１のイオン選択性電極が、アンモニウム選択性電極である、１３に記載の方法。
[１５]
前記アンモニウム選択性電極が、尿素センサの一部である、１４に記載の方法。
[１６]
前記尿素センサが、酵素層によって被覆されているアンモニウム選択性電極を備え、前記酵素層は、ポリマー及びウレアーゼと、任意に前記酵素層を被覆する外層と、を含む、１５に記載の方法。
[１７]
前記アンモニウム選択性電極の膜が、ポリマーと、（ａ）アンモニウム選択性イオノフォア、及び（ｂ）カルシウム選択性イオノフォア、カリウム選択性イオノフォア、及びナトリウム選択性イオノフォアから選択される更なるイオン選択性イオノフォアである２種のイオノフォアと、を含む、１４～１６のいずれかに記載の方法。
[１８]
ステップｉ及びｉｉが、いくつかのサイクルで繰り返される１２～１７のいずれかに記載の方法。
[１９]
ステップｉ及びｉｉの１サイクルを完了するために要する時間が、１５～６０秒である、１８に記載の方法。 [12]
A method of operating a multi-use sensor array, said sensor array comprising two or more different ion-selective electrodes including a first ion-selective electrode and a second ion-selective electrode; One ion selective electrode comprises a membrane comprising (a) a first ionophore and (b) at least a second ionophore, said second ion selective electrode comprising a membrane comprising said second ionophore. , the first ionophore is not present in any ion selective electrode in the sensor array other than in the first ion selective electrode;
The method includes:
i. sequentially contacting the sensor array with one or more rinse solutions to establish a reference point for one-point calibration, and optionally with one or more calibration solutions, each of the rinse solutions containing the first ionophore substantially devoid of ions for which is selective, and comprising at least ions for which said second ionophore is selective;
ii. A method comprising subsequently contacting the sensor array with a sample of biological origin.
[13]
13. The method of Claim 12, wherein said first ion-selective electrode is selected from an ammonium-selective electrode, a lithium-selective electrode, and a magnesium-selective electrode.
[14]
14. The method of Claim 13, wherein said first ion selective electrode is an ammonium selective electrode.
[15]
15. The method of 14, wherein the ammonium selective electrode is part of a urea sensor.
[16]
16. The method of claim 15, wherein said urea sensor comprises an ammonium selective electrode coated by an enzyme layer, said enzyme layer comprising a polymer and urease, and optionally an outer layer coating said enzyme layer.
[17]
wherein the membrane of said ammonium-selective electrode is a polymer and a further ion-selective ionophore selected from (a) an ammonium-selective ionophore and (b) a calcium-selective ionophore, a potassium-selective ionophore and a sodium-selective ionophore. 17. The method according to any one of 14 to 16, comprising two ionophores.
[18]
18. A method according to any one of 12 to 17, wherein steps i and ii are repeated in several cycles.
[19]
19. The method according to 18, wherein the time taken to complete one cycle of steps i and ii is 15-60 seconds.

Claims (9)

複数回使用のセンサアレイを動作させる方法であって、前記センサアレイは、第１のイオン選択性電極及び第２のイオン選択性電極を含む２つ以上の異なるイオン選択性電極を備え、前記第１のイオン選択性電極は、（ａ）第１のイオノフォア及び（ｂ）少なくとも第２のイオノフォアを備える膜を含み、前記第２のイオン選択性電極は、前記第２のイオノフォアを備える膜を含み、前記第１のイオノフォアは、前記第１のイオン選択性電極以外の前記センサアレイにおける任意のイオン選択性電極中に存在せず、
前記方法は、
ｉ．前記センサアレイを、１点較正の参照点を確立するための１種以上のリンス溶液、及び任意に１種以上の較正溶液と順に接触させるステップ、前記リンス溶液のそれぞれは、前記第１のイオノフォアが選択性であるイオンを実質的に欠いており、かつ前記第２のイオノフォアが選択性であるイオンを少なくとも含む、
ｉｉ．続いて前記センサアレイを生体由来のサンプルと接触させるステップを含む、方法。 A method of operating a multi-use sensor array, said sensor array comprising two or more different ion-selective electrodes including a first ion-selective electrode and a second ion-selective electrode; One ion selective electrode comprises a membrane comprising (a) a first ionophore and (b) at least a second ionophore, said second ion selective electrode comprising a membrane comprising said second ionophore. , the first ionophore is not present in any ion selective electrode in the sensor array other than the first ion selective electrode;
The method includes:
i. sequentially contacting the sensor array with one or more rinse solutions to establish a reference point for one-point calibration, and optionally with one or more calibration solutions, each of the rinse solutions containing the first ionophore substantially devoid of ions for which is selective, and comprising at least ions for which said second ionophore is selective;
ii. A method comprising subsequently contacting the sensor array with a sample of biological origin. 前記任意のイオン選択性電極が、前記第２のイオン選択性電極である、請求項１に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein said optional ion selective electrode is said second ion selective electrode. 前記第１のイオン選択性電極が、アンモニウム選択性電極、リチウム選択性電極、及びマグネシウム選択性電極から選択される、請求項１または２に記載の方法。 3. The method of claim 1 or 2, wherein said first ion-selective electrode is selected from an ammonium-selective electrode, a lithium-selective electrode and a magnesium-selective electrode. 前記第１のイオン選択性電極が、アンモニウム選択性電極である、請求項３に記載の方法。 4. The method of claim 3, wherein said first ion selective electrode is an ammonium selective electrode. 前記アンモニウム選択性電極が、尿素センサの一部である、請求項４に記載の方法。 5. The method of claim 4, wherein said ammonium selective electrode is part of a urea sensor. 前記尿素センサが、酵素層によって被覆されているアンモニウム選択性電極を備え、前記酵素層は、ポリマー及びウレアーゼと、任意に前記酵素層を被覆する外層と、を含む、請求項５に記載の方法。 6. The method of claim 5, wherein said urea sensor comprises an ammonium selective electrode coated by an enzyme layer, said enzyme layer comprising a polymer and urease, and optionally an outer layer coating said enzyme layer. . 前記アンモニウム選択性電極の膜が、ポリマーと、（ａ）アンモニウム選択性イオノフォア、及び（ｂ）カルシウム選択性イオノフォア、カリウム選択性イオノフォア、及びナトリウム選択性イオノフォアから選択される更なるイオン選択性イオノフォアである２種のイオノフォアと、を含む、請求項４～６のいずれかに記載の方法。 wherein the membrane of said ammonium-selective electrode is a polymer and a further ion-selective ionophore selected from (a) an ammonium-selective ionophore and (b) a calcium-selective ionophore, a potassium-selective ionophore and a sodium-selective ionophore. The method according to any one of claims 4 to 6, comprising two ionophores. ステップｉ及びｉｉが、いくつかのサイクルで繰り返される請求項１～７のいずれかに記載の方法。 A method according to any preceding claim, wherein steps i and ii are repeated in several cycles. ステップｉ及びｉｉの１サイクルを完了するために要する時間が、１５～６０秒である、請求項８に記載の方法。 The method of claim 8, wherein the time required to complete one cycle of steps i and ii is 15-60 seconds.
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